DK153216B - Apparatur til overfoering af jaevnstroem med hoej str oemstyrke og et ringe oversvingningsindhold til en roterende elektrodeskive ved rullesoem-modstandsstuksvejsning - Google Patents

Description

DK 153216 B

i

Opfindelsen angår apparatur til overføring af jævnstrøm med høj strømstyrke og et ringe oversvingningsindhold til en roterende elektrodeskive ved rulle-søm-modstandsstuksvejsning, navnlig til kontinuerlig 5 længdesømsvejsning af rør, bestående af en transformator- og ensretterenhed til omsætning af den lavfrekvente trefasede netvekselstrøm med lav strømstyrke og høj spænding til jævnstrøm med høj strømstyrke og lav spænding samt af slæberinge, der er koblet drejningsfast med 10 den roterende elektrodeskive på en aksel, til tilførsel af primærstrømmen, og hvor transformator- og ensretterenheden er anbragt på den samme aksel som elektrodeskiven og slæberingene og roterer sammen med disse, hvorhos transformatorenheden består af tre rotationssymme-15 trisk stjerneformet i forhold til hinanden omkring akslen anbragte énfasetransformatorer, og ensretterenheden udgøres af dioder, der er fastgjort på strømskinner, som forløber parallelt med akselaksen og er fordelt indbyrdes symmetrisk i omkredsretningen, og hvor de to ender 20 på de tre énfasetransformatorers sekundærviklinger i stjernekobling dels er sammensluttet over det samlingspunkt, som er forbundet med elektrodeskivens ene pol, dels over dioderne og strømskinnerne er tilsluttet elektrodeskivens anden pol.

25 Ved apparatur af denne art er der, navnlig ved anvendelse til kontinuerlig længdesømsvejsning af rør med små tværdimensioner, behov for ikke kun at kunne arbejde med høje svejsehastigheder af størrelsesordenen 100-120 m/min og derover men samtidigt også at kunne 30 opnå svejsesømme af høj kvalitet, dvs. navnlig ensartede svejsesømme. Med henblik på på økonomisk måde og teknisk optimalt at forbinde fordringerne om en størst mulig svejseydelse på den ene side og kvalitativt gode hhv. ensartede svejsesømme på den anden side med hinanden er 35 det en betingelse, at man kan svejse med jævnstrømme med et mindst muligt indhold af oversvingninger, men med en ekstremt høj strømstyrke og en lav spænding.

2

DK 153216B

Til dette formål kendt apparatur opfylder kun betinget disse forudsætninger, og de har derudover som følge af deres ugunstige opbygning både forholdsvis store dimensioner og et højt træghedsmoment, hvilket er 5 uheldigt ved høje svejsehastigheder som følge af en for stor træghed af de roterende masser, f.eks. i form af slup mellem elektrode og rør. Den ugunstige konstruktive udformning er desuden årsag til, at der opstår forholdsmæssigt lange og tilmed forskelligt lange lednin-10 ger, som influerer på ensartetheden af strømfordelingen som følge af ulige store ohmske modstande, og som forøger svejsestrømmens oversvingningsindhold.

I et fra USA-patentskrift nr. 3 491 223 kendt apparatur af den indledningsvis omhandlede art er 15 transformator- og ensretterenheden ganske vist forbundet konstruktivt med hinanden, således at de roterer sammen med akslen og slæberingene. De er imidlertid anbragt efter hinanden på akslen i dennes akseretning, hvilket fører til en tilsvarende stor længde. Hertil kommer, at 20 der heller ikke i radialplanet foreligger en symmetrisk opbygning. Da de tre énfasetransformatorer med hensyn til deres magnetkerner er orienteret radialt i forhold til akslen, hvorved primær- og sekundærviklingernes med deres længdeakser ligeledes radialt orienterede spoler 25 ligger aksialt ved siden af hinanden, er de radiale dimensioner og også de roterende masser forholdsvis store.

Den af denne placeringsmåde betingede asymmetriske opbygning af transformatorenheden tvinger følgelig til anvendelse af yderligere kontravægte, der ganske vist 30 trods den usymmetriske opbygning forhindrer ubalance, men som forøger de roterende masser tilsvarende.

Den manglende konstruktive symmetri i radial-hhv. rotationsplanet og koblingen af transformator- og ensretterenhed aksialt efter hinanden fører tvangsmæs-35 sigt også til ulige lange strømveje med hensyn til tilslutningsledningerne mellem transformator og ensretter

DK 153216B

3 på den ene side samt mellem ensretter og transformator i henseende til de to elektrodeskiver på den anden side.

Disse ulige lange ledningsveje forårsager ulige store ohmske modstande og følgelig en tilsvarende uensartet 5 strømfordeling.

Hertil kommer ved denne kendte konstruktion, at jævnstrømmen på sekundærsiden som følge af den enkelte stjernekobling af natur har et større oversvingningsindhold end det ville være ønskeligt for opnåelsen af en 10 ensartet svejsesøm.

Principielt det samme gælder for et ligeledes kendt apparatur (USA-patentskrift nr. 2 550 710) af den indledningsvis omhandlede art, i hvilket de tre rotationssymmetrisk stjerneformet i forhold til hinanden an-15 bragte énfasetransformatorer i henseende til rotationsplanet er udformet symmetriske, og hvor hver énfase-transformators sekundærviklinger allerede består af flere énvindingsviklinger, der imidlertid med hensyn til de samme kerner er anbragt aksialt ved siden af primærvik-20 linngerne.

Også i dette apparatur er transformator- og ensretterenheden beliggende aksialt efter hinanden og transformatorenheden samtidigt i rotationsplanet bygget så bredt, at den frembringer et tilsvarende stort og til 25 det her på tale værende formål særlig uheldigt trægheds-moment.

Sluttelig er det i et artsbeslægtet apparatur også kendt (tysk fremlæggelsesskrift nr. 11 61 653), at sammensætte de efter hver énfasetransformator på sekun-30 dærsiden indkoblede ensrettere i form af grupper af dioder og at koble de tre énfasetransformatorers énvindingsviklinger på sekundærsiden i dobbelt-stjernekobling i forhold til hinanden.

Alligevel er transformator- og ensretterenheden 35 også i dette kendte apparatur koblet aksialt efter hinanden og transformatorenheden i øvrigt udformet således,

DK 153216B

4 at den ikke har rotationssymmetrisk stjerneformet i forhold til hinanden hhv. til akslen beliggende énfase-transformatorer, som omgiver akslen med en mindst mulig radial afstand i rotationssymmetrisk fordeling og derved 5 kunne bidrage til både at holde den roterende masse så ringe som muligt og til at muliggøre lige lange ledningsveje og derved automatisk at opnå en mere ensartet strømforde1ing.

Ved den fra dette apparatur kendte grundopbyg-10 ning kan den i radialplanet til rådighed stående plads ikke eller kun utilstrækkeligt udnyttes til en kompakt anbringelse af delene i forhold til hinanden, som ville gøre det muligt at anbringe de vægtmæssigt tunge dele under bibeholdelse af en fuldstændig rotationssymmetri 15 med mindst mulig træghedsradius umiddelbart omkring akslen.

De deraf også koblingsteknisk opstående vanskeligheder bliver som følge af den vidtgående besparelse af yderligere ledninger og anvendelsen af dobbelt-stjer-20 nekoblingen på sekundærsiden ganske vist mildnet men ikke helt elimineret.

Opfindelsen har til opgave at integrere transformator- og ensretterenheden konstruktivt på en mindst mulig plads både i aksial- og i radialretningen således, 25 at der i forbindelse med en fuldstændig geometrisk og også koblingsteknisk symmetri opstår mindst mulige træg-hedsmomenter, ligesom der som følge af lige lange strømveje og dermed lige store ohmske modstande også på sin vis automatisk opnås både en praktisk taget ensartet 30 strømfordeling og et yderst ringe oversvingningsindhold.

Til løsning af denne opgave er apparaturet i-følge opfindelsen ejendommeligt ved, at de tre énfase-transformatorer har rammeformet lukkede magnetkerner, der, idet de omgiver akslen umiddelbart, med deres ram-35 meplaner forløber tangentielt i forhold til akslen, at hver énfasetransformators to parallelt med akslen ret-

DK 153216B

s tede ben hver bærer en primærvikling og flere denne udvendigt omsluttende sekundærviklinger i form af énvindingsviklinger, hvis to tilslutningsender er rettet radialt udefter i forhold til aksen, og at der mellem de 5 udefter rettede tilslutningsender på samtlige énvindingsviklinger parallelt med akslens akse er anbragt midtpunktsskinner, med hvilke tilslutningsenderne på de efter hinanden følgende énvindingsviklinger er elektrisk forbundet skiftevis på over for hinanden beliggende si-10 der, at de andre tilslutningsender på de efter hinanden følgende énvindingsviklinger ligeledes skiftevis er forbundet strømførende på de modsatte sider med til dem fastgjorte kontaktlister, der er tilsluttet dioderne, som er fastgjort på strømskinnerne, der er anbragt ind-15 byrdes symmetrisk fordelt mellem de i omkredsretningen i forhold til hinanden forskudte midtpunktsskinner, og at de seks midtpunktsskinner og seks strømskinner i dob-belt-stjernekobling er tilsluttet elektrodeskivens to poler.

20 Som følge af, at énfasetransformatorerne har ram meformet lukkede magnetkerner, der, idet de omgiver akslen umiddelbart, med deres rammeplaner er beliggende tangentielt i forhold til akslen, er det muligt at anbringe de vægtmæssigt tunge dele i fuldstændig geome-25 trisk symmetri umiddelbart ved akslen og alene derved at holde træghedsmomentet mindst muligt.

Sekundærviklingerne, som omgiver primærviklingerne på de to parallelt med akslen forløbende rammeben udvendigt, og som er i form af i og for sig kendte énvin-30 dingsviklinger, giver på denne måde mulighed for at rette deres to tilslutningsender radialt udefter og samtidigt at benytte dem til fastgørelse af midtpunktskinnerne, nemlig på den måde, at de på hvert transformatorben parallelt med akslen umiddelbart efter hinanden føl-35 gende énvindingsviklinger er koblet parvist modsat hinanden.

DK 153216B

6

Denne udformning giver sluttelig mulighed for at anbringe de ensretterdioderne bærende strømskinner i vinkelområdernne mellem de i omkredsretningen efter hinanden følgende midtpunktsskinner med tilnærmelsesvis ens 5 radial afstand fra akslens akse, uden at der dertil skal bruges yderligere plads i akslens akseretning eller radialt.

Bortset fra den deraf betingede yderst kompakte og geometrisk fuldstændig symmetriske opbygning med et 10 forholdsvis ringe træghedsmoment opnås det på denne måde også, at ledningsvejene og dermed de ohmske modstande overalt er tilnærmelsesvis lige store og der følgelig automatisk indstiller sig en tilsvarende ensartet strømfordeling, som yderligere begunstiger det ringe over-15 svingningsindhold i den frembragte jævnstrøm. Oversvingningsindholdet andrager kun ca. 4,2%.

En særlig kompakt opbygning kan i en hensigtsmæssig videreudvikling af opfindelsen realiseres ved, at både strømskinnerne og de over dobbelt-stjernekoblingens 20 samlingspunkt sammensluttede midtpunktsskinner ved begge deres ender ved hjælp af støtteege er forbundet med et med akslen rotationsfast koblet bærerør, og at deres elektrisk ledende forbindelse med elektrodeskivens to i forhold til hinanden isolerede skivehalvdele sker over 25 de mod elektrodeskiven vendende og dem hver fer sig tilknyttede støtteege.

Det er sluttelig fordelagtigt, hvis ifølge opfindelsen de til ensretning af strømmen på sekundærsiden tjenende dioder er sammenfattet gruppevis i relation til 30 hver kontaktliste på de i omkredsretningen i forhold til énvindingsviklingernes tilslutningsender symmetrisk forskudt anbragte, parallelt med akslens akse forløbende strømskinner.

Både strømskinnerne og midtpunktsskinnerne er li-35 gesom elektrodeskiverne vandkølet på kendt måde på indersiden.

DK 153216B

7

Opfindelsen er i det følgende forklaret nærmere på grundlag af et foretrukket udførelseseksempel under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et længdesnit gennem et apparatur, 5 fig. 2 et snit langs linien II-II i fig. 1, og fig. 3 et perspektivisk billede af et udsnit af det i figurerne 1 og 2 viste apparatur.

Apparaturet tjener til kontinuerlig længdesømsve jsning af metalrør, fortrinsvis stålrør 1 ved rul-10 lesøm-modstandsstuksvejsning ved hjælp af jævnstrøm med høj strømstyrke og et ringe oversvingningsindhold, som tilføres røret 1 fortløbende over den roterende elektrodeskive 2, der navnlig medtages af røret. Til det formål er elektrodeskiven 2 udformet delt, idet de to 15 modsat polede skivehalvdele 2a og 2b er elektrisk isoleret fra hinanden ved hjælp af et passende mellemlag 2c og samtidigt er forbundet rotationsfast med hinanden.

Apparaturet består groft set af den med elektro-20 deskiven 2 rotationsfast koblede aksel 3, af det med denne ved den modsat elektrodeskiven 2 beliggende ende rotationsfast koblede slæberinglegeme 4 samt af konstruktivt med hinanden integrerede transformator- og ensretterenheder henholdsvis 5 og 6, der begge lige-25 ledes er koblet rotationsfast med akslen 3.

Ved begge ender er akslen 3, der er sammensat ‘ af indbyrdes isolerede afsnit, lejret drejeligt ved hjælp af kuglelejer 7, 7a. Ved enden af akslen 3 forhåndenværende kølevandstil- og -afgange er betegnet 30 med 8 og 8a.

Som det navnlig fremgår af fig. 2, er transformatorenheden 5 opdelt i tre énfasetransformatorer 9, 9a og 9b, der er anbragt rotationssymmetrisk stjer-. neformet i forhold til hinanden hhv. i forhold til ro-35 tationsaksen. Hver énfasetransformator har en rammeformet lukket, af transformatorblik opbygget kerne 10, på

DK 153216 B

s hvis to ben der i hvert enkelt tilfælde findes en primærvikling med et stort antal af vindinger 11 samt flere disse primærviklinger udvendigt omsluttende énvindingsviklinger 12, hvis to tilslutningsender 13 5 og 14 er rettet radialt udefter i forhold til rotationsaksen. Mellem tilslutningsenderne 13 og 14 findes der midtpunktsskinner 15, der hver for sig er fast og ledende forbundet med de lange tilslutningsender 14, som er anbragt parallelt med aksen, og som på indersiden 10 påvirkes af kølevandet. Disse skinner er ved deres ender i længderetningen understøttet af støtteeger henholdsvis 16 og 16a, der samtidigt forbinder dem rotationsfast med akslen 3. Medens de mod slæberinglegemet 4 vendende støtteeger 16a er isolerede i forhold til midt-15 punktsskinnerne 15, tjener de ved den modsat beliggende ende forhåndenværende støtteeger 16 samtidigt til elektrisk forbindelse med det for alle midtpunktsskinner fælles stjernepunkt, der samtidigt udgør tilslutningskontakten 17 for elektrodeskiven 2's ydre elektrode 20 2a.

Medens sekundærviklingerne hhv. énvindingsviklingerne 12 på denne måde i det væsentlige holdes over deres tilslutning til midtpunktsskinnerne 15, understøttes' transformatorkernerne med de dem udvendigt, om-25 givende primærviklinger 11 ved hjælp af umiddelbart på akslen 3 hhv. på akselrøret 3a fast anbragte holdere 18, sådan som det navnlig fremgår af fig. 1.

Det fremgår af fig. 2, at der i hvert enkelt tilfælde mellem tilslutningsenderne 13 og 14 på sekun-30 dærsidens invindingsviklinger 12 findes yderligere støtteeger 19 og 19a, der er forskudt symmetrisk i rotationsretningen i forhold til viklingerne, og som ved deres ender bærer ligeledes akseparallelt anbragte, kølevandsgennemstrømmede strømskinner 20. Medens de mod 35 slæberinglegemet 4 vendende støtteeger 19a igen er forbundet med strømskinnerne 20 på isolerende måde,

DK 153216B

9 tjener de mod elektrodeskiven 2 vendende støtteeger 19 til strømtilførsel til samlepunktet 21, som for sit vedkommende udgør tilslutningskontakten for elektrodeskiven 2's anden elektrodehalvdel 2b.

5 Som det er antydet i figurerne 1 og 2, er der um iddelbart på strømskinnerne 20 monteret dioder 22 (halvlederventiler), der som ensretterenhed 6 er indkoblet efter sekundærviklingerne hhv. énvindingsviklingerne 12 i elektrisk henseende.

10 I detaljer fremgår tilslutningsmåden tydeligere af fig. 3.

Denne figur viser perspektivisk og i større målestok énfasetransformatoren 9 og tilslutningen af dens sekundære énvindingsviklinger 12 til midtpunktsskin-15 nen 15 på den ene side og - indirekte over dioderne 22 - til strømskinnen 20 på den anden side. Deraf fremgår det, at på hvert transformatorben er hver to parvist efter hinanden følgende énvindingsviklinger 12a og 12b sammensluttet til en ensretterkobling, hvorhos 20 deres midtpunkter er forbundet med hinanden over den mellem de pågældende tilslutningsender 13 og 14 liggende og på de lange tilslutningsender 14 på ledende måde fast anbragte midtpunktsskinne, der for sit vedkommende over støtteegerne 16 fører til det for alle 25 midtpunktsskinner fælles stjernepunkt 17. Medens de lange tilslutningsender 14a på énvindingsviklingerne 12a fra undersiden er ledende forbundet med midtpunktsskinnen 15, er de lange tilslutningsender 14b på de efter disse følgende énvindingsviklinger 12b fra oven 30 forbundet fast og ledende med midtpunktsskinnen 15. De øverste korte tilslutningsender 13a på énvindingsviklingerne 12a er i området over midtpunktsskinnen 15 tilsluttet en kontaktliste 23, som bær<sr kabelskoene 24 til kabeltilslutningen til diodegruppen for den 35 strømskinne 20, som er beliggende i tilslutning til denne i omkredsretningen.

10

DK 15 3 216 B

Omvendt er de på tegningen ikke synlige korte tilslutningsender 13b på énvindingsviklingerne 12b på den modsat beliggende side af midtpunktsskinnen 15 ligeledes forbundet med en kontaktliste 23, som for 5 sit vedkommende bærer kabelskoene til kabeltilslutningen til de disse tilknyttede diodegrupper på den i urviser-retningen derunder beliggende strømskinne 20. På denne måde kan kontaktlisterne 23 være udformet væsentligt længere end svarende til den egentlige bredde af 10 énvindingsviklingerne 12' s tilslutningsender 13. Af samme årsag kan som følge af denne skiftevis forskudte anbringelse også de énvindingsviklingernes tilslutningsender 13 tilknyttede grupper af dioder 22 indtage en større plads på strømskinnerne 20, idet de i disses 15 længderetning efter hinanden følgende diodegrupper er anbragt på modsatte sider, sådan som det tydeligt fremgår af fig. 3.

Med 15a og 20a betegnes borede kølemiddelkanaler i midtpunkts- og strømskinnerne, over hvilke 20 disse påvirkes centralt med kølevandet.

Over slæberinglegemet 4's fire slæberinge tilføres de tre faser samt nul lederen af den fra vekselstrømsnettet aftagne trefasestrøm med lav strømstyrke og høj spænding, og derfra ledes strømmen til primærvik-25 lingerne på de tre énfasetransformatorer 9, 9a og 9b. På sekundærsiden er énvindingsviklingerne 12 på de tre énfasetransformatorer på den beskrevne måde koblet i dobbeltstjernekobling med hinanden. De ensrettede vekselstrømme sammensættes efter ensretterne til en 30 jævnstrøm med høj strømstyrke, f.eks. langt over 100.000 Amp., og en meget lav spænding på nogle volt, hvilken jævnstrøm da tjener til forsyning af de to elektrodeskiver 2a og 2b. Som følge af den beskrevne udformning og indretning opnås der i forbindelse med den 35 seksimpulsede kobling en jævnstrøm med et særligt ringe indhold af oversvingninger, sådan som den navnlig er

Claims (3)

1. Apparatur til overføring af jævnstrøm med høj strømstyrke og et ringe oversvingningsindhold til en roterende elektrodeskive ved rullesøm-modstands-10 stuksvejsning, navnlig til kontinuerlig længdesømsvejs-ning af rør, bestående af en transformator- og ensretterenhed (S og 6) til omsætning af den lavfrekvente trefasede netvekselstrøm med lav strømstyrke og høj spænding til jævnstrøm med høj strømstyrke og lav spænding 15 samt af slæberinge, der er koblet drejningsfast med den roterende elektrodeskive på en aksel, til tilførsel af primærstrømmen, og hvor transformator- og ensretterenheden (5 og 6) er anbragt på den samme aksel (3) som elektrodeskiven (2) og slæberingene (4) og roterer sam-20 men med disse, hvorhos transformatorenheden (5) består af tre rotationssymmetrisk stjerneformet i forhold til hinanden omkring akslen (3) anbragte énfasetransforma-torer (9, 9a, 9b), og ensretterenheden udgøres af dioder (22), der er fastgjort på strømskinner (20), som for-25 løber parallelt med akselaksen og er fordelt indbyrdes symmetrisk i omkredsretningen, og hvor de to ender på de tre énfasetransformatorers (9, 9a, 9b) sekundærviklinger i stjernekobling dels er sammensluttet over det samlingspunkt, som er forbundet med elektrodeskivens ene pol, 30 dels over dioderne og strømskinnerne er tilsluttet elektrodeskivens anden pol, kendetegnet ved, at de tre énfasetransformatorer (9, 9a, 9b) har rammeformet lukkede magnetkerner (10), der, idet de omgiver akslen (3) umiddelbart, med deres rammeplaner forløber 35 tangentielt i forhold til akslen, at hver énfasetrans-formators (9, 9a, 9b} to parallelt med akslen (3) ret- DK 153216 B tede ben hver bærer en primærvikling (11) og flere denne udvendigt omsluttende sekundærviklinger i form af énvindingsviklinger (12), hvis to tilslutningsender (13 og 14. er rettet radialt udefter i forhold til akslen (3), 5 og at der mellem de udefter rettede tilslutningsender (13 og 14) på samtlige énvindingsviklinger parallelt med akslens akse er anbragt midtpunktsskinner (15), med hvilke tilslutningsenderne (14a og 14b) på de efter hinanden følgende énvindingsviklinger (12a og 12b) er elek-10 trisk forbundet skiftevis på over for hinanden beliggende sider, at de andre tilslutningsender (13a og 13b) på de efter hinanden følgende énvindingsviklinger (12a og 12b) ligeledes skiftevis er forbundet strømførende på de modsatte sider med til dem fastgjorte kontaktlister 15 (23), der er tilsluttet dioderne (22), som er fastgjort på strømskinnerne (20), der er anbragt indbyrdes symmetrisk fordelt mellem de i omkredsretningen i forhold til hinanden forskudte midtpunktsskinner (15), og at de seks midtpunktsskinner (15) og seks strømskinner (20) i dob-20 belt-stjernekobling er tilsluttet elektrodeskivens (2) to poler.

2. Apparatur ifølge krav 1, kendetegnet ved, at både strømskinnerne (20) og de over dob-belt-stjernekoblingens samlingspunkt (17) sammensluttede 25 midtpunktsskinner (15) ved begge deres ender ved hjælp af støtteeger (henholdsvis 19, 19a og 16a) er forbundet med et med akslen rotationsfast koblet bærerør (3a), og at deres elektrisk ledende forbindelse med elektrodeskivens (2) to i forhold til hinanden isolerede skive-30 halvdele (2a og 2b) sker over de mod elektrodeskiven (2) vendende og dem hver for sig tilknyttede støtteeger (16 og 19).

3. Apparatur ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at de til ensretning af strømmen på 35 sekundærsiden tjenende dioder (22) er sammenfattet gruppevis i relation til hver kontaktliste (23) på de i om- DK 153216B kredsretningen 1 forhold til énvindingsviklingernes (12) tilslutningsender (13 og 14} symmetrisk forskudt anbragte, parallelt med akslens akse forløbende strømskinner (20).